Efecto en el voltaje de salida cuando las tapas de los reguladores de voltaje son de tamaño insuficiente

Comprensión de la "estabilidad" en los reguladores

Para obtener una comprensión intuitiva (que es lo que pregunta), debe comprender el concepto de estabilidad y cómo funcionan los reguladores en el caso general.

Para la mayoría de los valores de capacitores dados para los reguladores, los valores dados son el valor mínimo necesario para la estabilidad más un pequeño margen.

El regulador es un sistema de circuito cerrado. Observa lo que sucede en la salida y ajusta las "cosas" internamente para asegurarse de que la salida (en realidad una versión reducida de la salida) siempre sea igual al valor deseado.

Los problemas ocurren cuando comienza a perseguir su cola. Si, como resultado de cambiar "cosas" internamente, el voltaje de entrada también comienza a cambiar (o la salida cambia demasiado rápido), entonces los cambios realizados por el regulador tendrán un gran efecto y deberán deshacer el exceso.

Este cambio correctivo también puede sobrepasar la marca, requiriendo otro cambio correctivo ... como puede ver, sin suficiente "estabilidad" en el sistema, el regulador puede emitir un voltaje que fluctúa continuamente en lugar de la línea plana que espera cuando empleando un regulador.

Los condensadores ralentizan los cambios de voltaje, lo que ayuda a garantizar la estabilidad general.

Entrada

El condensador de entrada es necesario para estabilizar el voltaje de entrada. Si el voltaje de entrada está aislado de la fuente de energía por una gran inductancia (como un cable largo), los cambios de corriente en el regulador se manifestarán como grandes cambios de voltaje en la entrada debido a la inductancia. El capacitor está allí para "cancelar" esa inductancia y garantizar un voltaje que varía lentamente (por ejemplo, estable) en la entrada. Esto hace que el cambio de entrada sea más lento que el tiempo de reacción del circuito de control del regulador, logrando estabilidad.

Salida

Si no tiene un capacitor de salida lo suficientemente grande (el segundo en su descripción), entonces la salida ripple será mayor de lo que predice la hoja de datos. Eso significa que obtendrá el voltaje regulado pero la salida fluctuará alrededor de ese voltaje. Específicamente, la salida reaccionará con lentitud a los cambios rápidos en la carga (demanda actual). Por lo tanto, cuando activa diferentes partes de su circuito de carga (aplicación) puede experimentar caídas repentinas en el voltaje. Esas caídas pueden ser lo suficientemente graves como para desencadenar reinicios en su circuito digital (o, lo que es peor, enganches) o condiciones en su circuito analógico donde hay un tiempo de recuperación (como la descarga de los condensadores del filtro).

Regla (s) de pulgar (es)

Estas son aproximaciones. La respuesta correcta en ingeniería es siempre "depende", pero eso no es útil. Así que aquí te doy algunas ideas sobre "adivinar" valores razonables.

• El condensador de entrada debe ser la recomendación en el ejemplo del "circuito de aplicación típico" en la hoja de datos. Agregarlo solo tiene un impacto de tamaño / costo y no le perjudicará eléctricamente durante el funcionamiento (incluso si no lo necesita), es decir, que su sistema no debe diseñarse de tal manera que no pueda tolere la corriente de entrada adicional causada por la presencia de ese condensador.
• El condensador de salida debe tener el tamaño de la hoja de datos típica y luego debe tener un tamaño mayor si encuentra que la onda es intolerable en su aplicación. Dicho esto, si sabe que tiene una aplicación sensible, comience con el valor duplicado y redúzcalo si considera que el rendimiento es aceptable. También puede considerar agregar un segundo regulador justo al lado de sus circuitos sensibles (esto se denomina regulación del punto de carga y se usa en la mayoría de las placas base de PC, tarjetas gráficas, etc.). Si hace esto, su primer regulador tendrá que descender hasta el voltaje final plus , la tensión general del segundo regulador o el segundo regulador no podrá regularlo.
• Puede calcular de forma conservadora el tamaño máximo del capacitor como: la impedancia de salida del regulador * la capacitancia debe ser menor que el tiempo de cegamiento de arranque del regulador (a veces se denomina tiempo de arranque suave o de inicio rápido). Más simplemente, por lo general, puede duplicar la recomendación típica sin dificultad.
• Por lo general, obtendrá un mejor rendimiento al usar los condensadores de la década en lugar de simplemente aumentar la capacidad de la capacitancia en masa, ya que esto aumentará la efectividad de la capacitancia sobre la frecuencia en lugar de simplemente aumentar la cantidad en la unidad. Banda donde el capacitor existente es efectivo.
• Además, en la vena de la eficacia, no todos los condensadores reales son creados iguales. En los reguladores, la ESR (resistencia en serie equivalente, realmente impedancia) desempeña un papel más importante que la capacitancia total en sí misma, ya que este parámetro describe qué tan bien la capacitancia (en el interior) puede influir en el voltaje (en el exterior). Cuanto menor sea el ESR, mejor será el rendimiento del condensador en las aplicaciones del regulador.

Esa es en realidad una pregunta muy amplia, pero aquí hay algunos consejos.

Consideremos tu circuito regulador típico.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

El voltaje fuera del regulador se define para un rango específico de voltajes de entrada. Un voltaje demasiado bajo y la salida básicamente será solo una caída de voltaje sobre la entrada, por encima de eso, hasta el punto de destrucción del regulador, la salida variará ligeramente con el voltaje de entrada dentro de la tolerancia del voltaje regulado especificado.

Como tal, cuanto más estable sea el voltaje de entrada, más estable será el voltaje de salida. Si la fuente de la izquierda es un voltaje rectificado de onda completa, desea que C1 sea grande para minimizar la cantidad de rizado que pasa a través del regulador. Sin embargo, si proviene de un suministro ya regulado, digamos que su riel de 12V, el capacitor puede ser mucho más pequeño.

El condensador de salida C2 es más bien un nivelador de carga. Ayudará a suministrar corriente cuando su carga cambie de baja corriente a alta corriente y le da al regulador tiempo para adaptarse a la nueva demanda. Si su carga está cambiando en un amplio rango, y con frecuencia, desea que este capacitor sea más grande.

Para complicar aún más las cosas, el regulador pasará esa oleada hacia el lado de entrada, tirando de C1 hacia abajo a su vez.

Sin embargo, un condensador demasiado grande en la salida hará que el regulador permanezca en el límite de corriente por más tiempo cuando el circuito se enciende inicialmente, ya que la corriente de carga grande será más larga. De manera similar, si el capacitor de entrada es realmente grande, el regulador tardará más tiempo en alcanzar el voltaje de salida requerido. Ambos pueden ser problemáticos si el circuito conectado funciona parcialmente durante esa transición.

Como tal, el equilibrio de esos tamaños de condensadores depende, en gran medida, de la naturaleza de la aplicación. Los mínimos recomendados siempre deben respetarse con la estabilidad de "garantía", pero realmente necesita volver a visitar el diseño más adelante con el prototipo funcional.